Smart Home Peripheral Interface

SHPI.zero

Frei programmierbares Smart-Home-Interface für die Unterputzdose: 3,5″-Touchdisplay, Raumsensorik, drei Schaltausgänge und Strommessung – auf Basis eines Raspberry Pi Zero, mit Netzteil direkt in der Dose.

3D-Ansicht öffnenTechnik und Daten

3,5″ Touch

Display 800 × 480, kapazitiver Touch

3 Schaltausgänge

Relais bis 7 A / 250 V AC, ein Ausgang mit Strommessung

Netzteil in der Dose

100–240 V AC oder 8–28 V DC, passt in die Unterputzdose

Raspberry Pi Zero

WLAN, Bluetooth und Zigbee*, offen programmierbar

Die Idee

Sensoren

Temperatur

Luftfeuchte

Luftdruck*

Umgebungslicht

Luftqualität*

Infrarot-Temperatur

PIR-Bewegungsmelder

Mikrofon*

Touchdisplay

Verbrauchsmessung

Kamera (optional)

externe Sensoren*

Anwendungen

Raumthermostat

Heizungssteuerung

Lüftungsanlagen

Lichtsteuerung

Rollladenschalter

Steuerung beliebiger Verbraucher

Alarmanlage

Präsenzerkennung

Aufzeichnung von Umweltdaten

Monitor für IP-Kameras

Gegensprechanlage

Gateway für andere smarte Geräte

Aktoren

3 Relais / Schaltausgänge

RGB-LED

Summer 85 dB

Lautsprecher (optional)

drehzahlgeregelter Lüfter

GPIOs von Pi und ATmega*

Konzept

Modulares Unterputznetzteil: AC 100–240 V oder DC 8–28 V

Stand-alone: kein externer Server oder Gateway nötig

Daten werden lokal gespeichert

Offen für Webanbindung, Home Assistant und MQTT

Zwei verschiedene Prozessoren: Raspberry Pi für Anwendungen, ATmega für kritische Funktionen*

Firmware und Treiber als Quellcode

* je nach Modell; nicht beim SHPI.zero lite.

Fotos

Erklärvideo ↗Video (englisch) ↗YouTube-Kanal ↗Instagram ↗

Varianten

Ein Gerät besteht aus einer Hauptplatine im Oberteil und einer Netzteilplatine im Unterteil, verbunden über eine 12-polige Steckverbindung. Beide Netzteile passen auf jede Hauptplatine.

SHPI.zero ist die Vollausstattung mit zweitem Prozessor (ATmega32U4), Zigbee, Soundkarte mit Mikrofon, Luftdruck- und Luftqualitätssensor. SHPI.zero lite ist die Einstiegsvariante ohne Co-Prozessor – auch für alle, die einfach einen Raspberry Pi mit Touchdisplay für die Unterputzdose suchen. Lüfterregelung und Backlight steuert dort der Pi selbst. Beide gibt es mit weißem oder schwarzem Gehäuse.

Daten und Schutzkonzept der beiden Netzteile stehen unter Technik, Anschluss und Schaltleistung unter Montage.

Sensoren je Variante

Funktion	SHPI.zero	lite	lite Prototyp	zero Prototyp
Temperatur / Feuchte	AHT10	AHT10	SHT30	SHT30
Luftdruck	BMP280	–	BMP280	BMP280
Luftqualität	MP503	–	–	MP503
Licht	BH1750	BH1751	BH1750	BH1750
IR-Temperatur	MLX90615	MLX90615	MLX90615	MLX90615
Bewegung (PIR)	S16-L201D¹	S18-L262B-2²	S16-L201D¹	S16-L221D²
Mikrofon	SPU0414HR5H-SB	B4013AM423	B4013AM423	–
Analog-Digital-Wandler	im ATmega	–	ADS1015	im ATmega

¹ 3-poliger PIR, Empfindlichkeit fest. Auf der SHPI.zero-Platine passt auch der Senba S18-L232B-2 (gleiche Pinbelegung, 7 × 7 mm).
² 6-poliger PIR, Empfindlichkeit einstellbar. Auf der lite-Platine passt auch der Senba S16-L221D (gleiche Pinbelegung, 6 × 6 mm).
3- und 6-polige Typen sind nicht gegeneinander austauschbar.

Mechanischer Aufbau

Technik

Wie das SHPI.zero intern arbeitet, woraus es besteht und was es leistet: Funktionsweise, Bausteine, Netzteile und alle technischen Daten.

So arbeitet SHPI intern

Zwei Prozessoren teilen sich die Arbeit: Der Raspberry Pi führt Oberfläche, Automationen und Netzwerk aus und liest die Sensoren am I²C-Bus. Der ATmega32U4 übernimmt alles Zeitkritische – Relais, Lüfterregelung, LED, Backlight und Analogmessungen – und bekommt seine Befehle vom Pi über I²C. Über USB kann der Pi den ATmega jederzeit neu flashen.

Bausteine

Netzteile

Beide Netzteile passen auf jede Hauptplatine. Sie sitzen im Unterteil in der Unterputzdose und liefern 5 V für das Gerät sowie drei Schaltausgänge.

AC-Netzteil

• Eingang 100–240 V AC, 50/60 Hz
• Ausgang 5 V / 2 A
• 3 Relais Hongfa HF46F-G/5-HS1, je 7 A / 250 V AC ohmsch; alle über die Klemme L versorgt, zusammen max. 10 A
• Summer 85 dB
• Strommessung am Ausgang R3 mit Hall-Sensor ACS720 (verstärkte Isolation)

Schaltplan · Stückliste · 3D

DC-Netzteil

• Eingang 8–28 V DC, für 12-V- und 24-V-Anlagen. Die Schutzdiode LDP28A (Sperrspannung 28 V, Durchbruch ab 31 V) fängt Überspannungsimpulse ab; Wandler und Schaltausgänge sind bis 40 V spezifiziert.
• Ausgang 5 V: bis 3 A ab ca. 12 V Eingang; darunter begrenzt die Eingangssicherung (ca. 2 A bei 8 V, 2,5 A bei 10 V; in warmer Umgebung weniger)
• 3 MOSFET-Ausgänge schalten VIN direkt: je Ausgang und zusammen max. 8 A, nicht abgesichert, ohne Verpolschutz
• PTC 1,5 A (Haltestrom) und Verpolschutz nur im Wandlerzweig; Summer 85 dB
• Strommessung ACS712 ±20 A am Ausgang R3
• Eingangsspannung am ATmega-Pin A5 über Spannungsteiler 10 kΩ / 1 kΩ: U_in = ADC-Wert × 4,88 mV × 11

Schaltplan · Stückliste · 3D

Schutzkonzept

• AC-Netzteil: Klemme, Sicherung, thermisch geschützter Varistor (Littelfuse TMOV), Gleichrichter und Filter, Flyback-Wandler UCC28704 mit Trafo auf 5 V. Zwischen Netzseite und 5-V-Seite liegt eine Isolationsgrenze mit Frässchlitzen; der Y1-Kondensator überbrückt sie.
• Strommessung: ACS720 mit verstärkter Isolation im Zweig der Klemme R3; zusätzlich deckt eine transparente Isolierfolie die Netzteil-Unterseite ab.
• Schutzkonzept: Schutzklasse II ohne Schutzleiter, IP20, nur in trockenen Innenräumen. Die Relaisausgänge liegen an L, sind nicht potentialfrei und nicht abgesichert. Montage nur durch eine Elektrofachkraft.

Kühlung

Ein PWM-geregeltes Radialgebläse mit Drehzahlsignal kühlt das Gerät. Die Firmware regelt die Drehzahl, gibt beim Anlauf einen Schub und meldet einen Ausfall, wenn das Tachosignal fehlt. Für ungestörte Luftqualitätsmessungen kann die Anwendung den Lüfter anhalten; die Heizung des Gassensors ist getrennt schaltbar.

Technische Daten

Sensoren der einzelnen Varianten: Übersicht. Belegung der Steckverbindung und Schaltleistung nach Lastart: Montage.

Das CE-Zeichen ist ein Freiverkehrszeichen, das sich nur an Behörden wendet und keine Zusicherung von Eigenschaften beinhaltet.

Downloads und Zubehör

Software, Produktinformationen, Schaltpläne, Stücklisten und Datenblätter aller Platinen, dazu Ersatzteile, Erweiterungen und Montagezubehör.

Software

Produktinformation

Platinen

Die Stücklisten enthalten nur bestückte Positionen.

Datenblätter

Hersteller-Datenblätter der bestückten Bauteile (40 Dokumente).

3D-Gehäusedaten (STEP) werden nicht zum Download angeboten.

Ersatzteile

Die beiden Netzteile sind unter Technik beschrieben.

Display

3,5″-Display AUO A035VW01, 800 × 480, 450 cd/m², Kontrast 800:1, 60 Hz, passend für SHPI.zero und lite.

Gehäuse

Ober- und Unterteil aus PC/ABS, in Weiß oder Schwarz.

Lüfter 5 V

Radialgebläse 30 × 30 × 4 mm für die Gerätekühlung, PWM-geregelt mit Drehzahlsignal.

PIR-Linse

Fresnel-Linse für den Bewegungsmelder, weiß oder schwarz.

Raspberry Pi Zero W / Zero 2 W

Rechner des SHPI.zero; flach auf die Hauptplatine gelötet.

MicroSD 32 GB

Mit vorinstallierter Software.

Erweiterungen

CC1101 868 MHz

Sub-GHz-Funkmodul (Texas Instruments CC1101) zum direkten Einbau; braucht eine eigene Antenne, z. B. eine Drahtantenne. Ermöglicht CULFW direkt auf dem SHPI ohne externen CUL; auf andere Frequenzbänder umstellbar. Passende Module: Ebyte E07-868MS10, E07-M1101S oder HopeRF RFM69HCW. Nachrüstung auf eigenes Risiko – das Gerät ist mit keinem dieser Funkmodule zertifiziert.

Lautsprecher

Nachrüstbarer Lautsprecher 11 × 15 mm, 1 W, für die integrierte Soundkarte.

Kameramodul 5 MP

OV5647 für den Kameraanschluss des Pi.

Luftqualitätssensor (lite)

Nachrüstbarer Luftqualitätssensor für das SHPI.zero lite.

CC2531 USB-Stick

Zigbee-Stick mit dem Funkchip, der im SHPI.zero fest verbaut ist.

Montagezubehör

Aufputzrahmen

Rahmen für die Montage auf der Wand statt in der Unterputzdose, 98 × 76,5 × 32 mm. Kostenlos als 3D-Datei für Drucker oder CNC.

STEP + STL (.zip)

Tischfuß

Standfuß für den Betrieb auf dem Tisch, 145 × 99 × 77 mm. Kostenlos als 3D-Datei für Drucker oder CNC.

STEP + STL (.zip)

Montage und Anschluss

Installationsanweisung für SHPI.zero und SHPI.zero lite mit AC- oder DC-Netzteil: Sicherheitshinweise, Anschluss, Klemmenbelegung, Zuordnung der Relais und Wandmontage.

Elektrischer Anschluss

Den elektrischen Anschluss nur von einer fachkundigen Person (Elektroinstallateur o. ä.) durchführen lassen. Es gelten die fünf Sicherheitsregeln nach DIN VDE 0105.

1. Spannung über die Sicherung abschalten.
2. Spannungsfreiheit prüfen, gegen Wiedereinschalten sichern.
3. Leitungsenden ca. 11 mm abisolieren (Leiter 0,5–2,0 mm², AWG 20–14).
4. Einzeladern gemäß Kennzeichnung am Gerät in die Federklemmen einführen (siehe Klemmenbelegung).
5. Korrekten Anschluss prüfen.
6. Unterteil in der Dose festschrauben.
7. Oberteil auf das Unterteil drücken und einrasten; dabei auf die Position der 12-poligen Stiftleiste achten.
8. Erst bei geschlossenem Gerät und einwandfreier Installation die Spannung wieder zuschalten.

Klemmenbelegung

Das Netzteil im Unterteil hat eine fünfpolige Federklemme. Jede Klemmstelle hat zwei Öffnungen, sodass sich Leitungen durchschleifen lassen.

Verbraucher liegen zwischen ihrer R-Klemme und N (bzw. GND). Die Ausgänge führen bei eingeschaltetem Relais die Spannung des Eingangs.

Zuordnung der Relais

Software, Mikrocontroller und Klemmen zählen die Ausgänge unterschiedlich. Maßgeblich für die Verdrahtung ist die Klemme:

Gilt für AC- und DC-Netzteil gleichermaßen. Bei Rollläden Auf- und Ab-Ausgang nie gleichzeitig einschalten.

Schaltleistung

Die drei Relais (Hongfa HF46F-G, Schließer) haben eine Nennlast von 7 A bei 250 V AC an ohmscher Last. Motoren, Lampen und Netzteile ziehen beim Einschalten ein Vielfaches ihres Nennstroms oder erzeugen beim Ausschalten einen Lichtbogen; für sie gelten kleinere Werte, damit die Kontakte nicht verschweißen und die Lebensdauer erhalten bleibt.

Grenzwerte der Bauteile

• Eine Klemme für alle drei Relais: Alle drei Ausgänge werden über die gemeinsame Klemme L versorgt; zusammen höchstens 10 A, auch wenn jedes Relais einzeln 7 A schalten kann.
• Keine eigene Sicherung: Die Ausgänge sind nicht abgesichert und nicht potentialfrei. Der Leitungsschutz des Stromkreises schützt sie.
• Größere Lasten – mehr LED-Leistung, starke Motoren – über ein externes Schütz, ein Installationsrelais oder einen Einschaltstrombegrenzer schalten.
• DC-Netzteil: Die drei MOSFET-Ausgänge schalten VIN direkt; je Ausgang und zusammen höchstens 8 A. Sie liegen nicht hinter der Eingangssicherung, sind nicht abgesichert und haben keinen Verpolschutz.

Wandmontage

Abmessungen

Optimale Einbauposition

• an einer Innenwand des zu klimatisierenden Raums
• in ca. 1,5 m Höhe und mindestens 50 cm von der nächsten Wand entfernt
• nicht über oder nahe bei Wärmequellen oder in Regalen

So messen Temperatur-, Licht- und Bewegungssensor den Raum und nicht ihre Umgebung. Für den Betrieb ohne Unterputzdose gibt es einen Aufputzrahmen und einen Tischfuß.

Geräteübersicht

Steckverbindung Oberteil – Unterteil

Die 12-polige Steckverbindung (2 × 6, Raster 2,54 mm) verbindet Hauptplatine und Netzteil. Belegung aus Sicht der Hauptplatine des SHPI.zero (beim lite sind die Paare 5 und 6 nicht belegt):

Gewährleistung

Wir leisten Gewähr im Rahmen der gesetzlichen Bestimmungen. Bitte schicken Sie das Gerät portofrei mit einer Fehlerbeschreibung an unsere zentrale Kundendienststelle (Anschrift im Impressum).

Software

Das SHPI.zero läuft mit einem eigenen, schlanken Linux-System. Es erkennt die Hardware beim ersten Start selbst, aktualisiert sich sicher über das Internet und lässt Makern trotzdem vollen Zugriff auf Sensoren, Relais und Mikrocontroller.

Betriebssystem herunterladen

Installation

1. Image auf die microSD schreiben – zum Beispiel mit dem Raspberry Pi Imager („Eigenes Image verwenden“) oder balenaEtcher. Das Archiv muss nicht entpackt werden. Unter Linux oder macOS geht es auch im Terminal (Gerätenamen der Karte vorher genau prüfen!):
   gunzip -c shpi-zero-family-regular-2026.11.13-1.img.gz | sudo dd of=/dev/sdX bs=4M conv=fsync status=progress
   Die Karte braucht mindestens 8 GB; eine größere Karte wird beim ersten Start automatisch voll genutzt.
2. Karte einsetzen und Gerät einschalten. Beim ersten Start erkennt das System die Variante (SHPI.zero, lite, Prototypen) an den angeschlossenen Bausteinen, richtet Display, Touch und Sensoren ein, spielt die passende Mikrocontroller-Firmware auf und startet einmal neu. Dazu liest ein eigenes Startsystem (initramfs) die Seriennummer des Pi; nur bei neuer Hardware prüft es die Variante über I²C, USB und einen GPIO-Kurzschlusstest und setzt die passende Konfiguration samt Device-Tree-Overlay.
3. Einrichten am Display: WLAN direkt am Touchdisplay verbinden.
4. Webpanel im Browser: Für den Zugriff über das Netzwerk zeigt das Gerät unter „Webpanel-Zugang“ ein individuelles Zufallspasswort für den Benutzer admin.

Mikrocontroller-Firmware (ATmega32U4)

Auf SHPI.zero und dem zero-Prototyp übernimmt ein ATmega32U4 Relais, Summer, Lüfterregelung, Backlight, RGB-LED, Strommessung und die Analogeingänge. Er ist am Raspberry Pi als I²C-Slave angebunden; der USB-Anschluss des ATmega bleibt frei (z. B. für CULFW). Das Image bringt die aktuelle Firmware mit und spielt sie beim ersten Start automatisch auf. Eigene Firmware lässt sich im laufenden Betrieb vom Pi aus über den DFU-Bootloader flashen – ohne Programmiergerät.

Eigene Firmware aufspielen

Die Firmware ist Arduino-kompatibel und in C geschrieben. Gebaut wird sie am PC mit avr-gcc (make im Quellordner); auf das Gerät kommt sie per SSH. Das Image enthält dfu-programmer:

echo 1 > /sys/class/hwmon/hwmonN/dfu_boot_enable    # hwmonN mit name = shpi
dfu-programmer atmega32u4 erase
dfu-programmer atmega32u4 flash main.hex
dfu-programmer atmega32u4 launch
reboot

Nach dem Flashen neu starten, damit der Touch sauber initialisiert wird. Die eigene Firmware bleibt erhalten; die Standard-Firmware spielt das System nur bei der Ersterkennung neuer Hardware wieder auf. Für den Treiber muss das I²C-Protokoll kompatibel bleiben.

I²C-Übersicht

Alle Sensoren, der Touch-Controller und der ATmega hängen am I²C-Bus 2 des Raspberry Pi (/dev/i2c-2). Adressen 7-Bit:

Register des ATmega (I²C 0x2A)

Lesen mit der Registeradresse, Schreiben mit Registeradresse + 0x80. Jede Antwort und jeder Schreibbefehl trägt eine CRC; für Versuche auf der Konsole lässt sie sich abschalten: i2cset -y 2 0x2A 0xFE 0x00, danach z. B. i2cset -y 2 0x2A 0x8D 0xFF schaltet Relais 1 ein, i2cget -y 2 0x2A 0x0D liest es zurück (0x00 aus, 0xFF ein). Danach die CRC mit i2cset -y 2 0x2A 0xFE 0xFF wieder einschalten. Im normalen Betrieb nutzt man besser die hwmon-Schnittstelle des Treibers.

Die vollständige Beschreibung aller Register, Protokolldetails und Build-Anleitung steht in der README des Firmware-Quellcodes.

Impressum

Angaben gemäß § 5 Digitale-Dienste-Gesetz (DDG)

Lutz HarderEntwicklung und Geschäftsführung · SHPI GmbHProfil auf LinkedIn ↗

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